CN108744020A - 一种离子交换型聚乙烯醇微球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子交换型聚乙烯醇微球的制备方法，所述的方法为：将水溶性功能单体溶于水中，加入引发剂、交联剂、质量分数为5％～15％的聚乙烯醇水溶液混合均匀得到混合液；配制含乳化剂的油相，搅拌，并加热至40～80℃，然后向所述的油相中加入所得混合液，搅拌10～60分钟，再加入催化剂，反应3～6小时，反应结束后，所得产物经水洗得离子交换型聚乙烯醇微球。本发明的方法工艺操作简便，充分利用反应热，能耗相对较低，合成时间短，降低了反应温度，工业化生产中提高了生产效率；制备的聚乙烯醇微球具有良好的形变性和弹性，球面光滑，分散均匀，载药能力强，同时具有良好的生物相容性和稳定性。

Description

一种离子交换型聚乙烯醇微球的制备方法
技术领域
本发明涉及医疗器械领域的栓塞剂制备，具体涉及一种离子交换型聚乙烯醇微球的制备方法。
背景技术
介入治疗是指在数字减影血管造影机(DSA)、CT、超声或MRI等影像设备的引导和监视下，利用穿刺针、导管及其他介入器材，通过人体自然孔道或微小创口将特定的器械导入人体病变部位进行微创治疗的一系列技术的总称。其中，经导管血管栓塞术(TACE)是非常重要的一类，主要是经动脉或静脉内导管将栓塞剂注入到病变靶器官的供应血管内，使血管发生闭塞，中断血液供应，最终达到治疗目的。
血管栓塞剂的性能和应用是TACE的成功的关键和核心。目前，手术中应用最普遍的栓塞材料形态为颗粒状和液体状，栓塞微球作为一种新型的颗粒栓塞剂逐渐替代不规则的海绵颗粒。栓塞微球按其材料分可分为淀粉微球、白蛋白微球、明胶微球、海藻酸钠微球、壳聚糖微球等，这些微球形状比较均一，表面光滑、且亲水性好，悬浮性好，易于随血流导向，但是这些微球具有快速的降解性，只能作为短期的栓塞材料，对某些病症不能实现长期栓塞，更无法与药物进行联合治疗。
而在长期栓塞的领域，我国的栓塞产品基本一直被国外进口产品垄断，例如美国的Boston Scientific公司、BTG公司、Merit公司、Vascular Solutions公司及日本的Nippon Kayaku公司等，旗下均有市场占比可观的微球栓塞产品，国内本土这类器械制造业非常稀有。
当前，优良的栓塞微球缺乏的主要原因存在以下四个方面：首先，微球材料要具备生物相容性，不能发生排斥反应；其次，微球大小应易于操控，可按操作到达目的病灶，否则会造成严重不良反应；再次，微球应具备适宜的弹性伸缩率和恢复性能，避免不完全栓塞；最后，微球能够作为一些抗癌药物的载体，与药物联合治疗。
在合成方法上，微球制备主要分为四种方式：乳化分散法、喷雾干燥法、相分离法及冷冻干燥法。喷雾干燥法和相分离法无法制备大粒径微球，冷冻干燥法中粉碎会改变微球的形状，乳化分散法通常采用戊二醛这类毒性物质，危害人们的健康。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种离子交换型聚乙烯醇微球的制备方法。本发明制备方法简单，工艺操作容易，合成时间短，生产效率高；制备的聚乙烯醇微球，球体规则、表面光滑无粘连，分散均匀，具有良好的生物相容性和稳定性，压缩形变性以及适宜的弹性；被叶绿素铜钠盐着色后的微球有利于医生的观察操作，能够负载阿霉素药物，包封率高达97％。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种离子交换型聚乙烯醇微球的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水溶性功能单体溶于水，加入引发剂、交联剂，搅拌，加入质量分数为5％～15％的聚乙烯醇水溶液，混合得到混合液，并消除气泡；
所述的聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇与水溶性功能单体、水、引发剂、交联剂的质量比为1:6～10：0.05～0.15：0.05～0.2：0.05～0.4；
所述的引发剂为过硫酸盐中的一种或任意几种复配的混合物；
所述的交联剂为丙烯酰胺类化合物中的一种；
所述的水溶性功能单体为丙烯酸或丙烯酸盐类中的一种或者任意几种复配的混合物；
(2)配制含乳化剂的油相，搅拌，加热至40～80℃，然后向油相中加入步骤(1)所得混合液，搅拌10～60分钟，加入催化剂，反应3～6小时，反应结束后，用水洗所得产物，收集得到离子交换型聚乙烯醇微球；
所述的油相为大豆油、液体石蜡、正辛烷、正庚烷或醋酸丁酯中的一种；
所述的乳化剂为亲水性表面活性剂中的一种或两种按任意比例复配的混合物；
所述的催化剂为质量百分浓度为20％～100％的乙二胺水溶液、二甲基乙二胺水溶液或者四甲基乙二胺水溶液中的一种；
所述的油相、催化剂与聚乙烯醇的质量比为30～100：0.3～0.7：1。
进一步地，步骤(1)中，所述的聚乙烯醇粘度为15～50mPa*s。
作为优选，步骤(1)中，所述的引发剂优选为过硫酸钾或过硫酸铵中的一种或者两种复配的混合物。这些引发剂能够在温度较低的环境下释放自由基，引发效率高，降低反应时间。
作为优选，步骤(1)中，所述的交联剂为N、N-亚甲基双丙烯酰胺。此交联剂能够使聚乙烯醇与聚丙烯酸交联，形成网状结构，使产物结构牢固，微球不易在水溶液中破碎。
作为优选，步骤(2)中，所述的乳化剂为司班80或吐温60中的一种或两种按任意比例复配的混合物。此乳化剂能使油相与水相形成良好的乳浊液，反应更加充分，生成的微球球体更均匀，表面更光滑。
作为优选，步骤(2)中，所述的乳化剂的加入质量与油相的质量比为0.001～0.006：1。
作为优选，步骤(2)中，所述的催化剂为乙二胺、二甲基乙二胺或四甲基乙二胺中的一种。此类结构的化合物在反应中能够催化反应加速；在反应热与溶解热共同作用下，产物的结构更加坚固，稳定性更高。
更进一步，步骤(2)中，所得离子交换型聚乙烯醇微球被染色得到着色的离子交换型聚乙烯醇微球，染色方法为：
向所得离子交换型聚乙烯醇微球中，加入缓冲液，搅拌，得到0.2g/mL～0.5g/mL的微球混悬液，再加入活性染料进行染色，活性染料的加入质量是离子交换型聚乙烯醇微球质量的0.02％～0.1％，搅拌，过滤，得到有色微球，用缓冲液冲洗，将冲洗后的有色微球浸没到缓冲液中煮沸15min，过滤，得到着色的离子交换型聚乙烯醇微球。
作为优选，所述的缓冲液为生理盐水或pH为5～9的磷酸盐缓冲液。缓冲液可以提供一定的离子环境，有利于微球与染料相互作用而被染色。
作为优选，所述的活性染料为叶绿素铜钠盐或活性蓝。这两种染料在食品药品监督管理局FDA中均作为合格允许添加的染料，尤其是叶绿素铜钠盐，具有天然、安全、无毒等优点。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明制备方法采用乳化分散法进行聚乙烯醇微球合成，但是没有使用戊二醛这类毒性物质，以安全无病毒污染的聚乙烯醇为原料，与常规制备方法相比，更加健康安全；采用纯化学工艺合成，工艺操作简便，过程中巧妙的利用高温放热，充分利用反应热，能耗相对较低，加速自由基产生，大大缩短了微球的合成时间，降低了反应温度，工业化生产中提高了生产效率。
(2)本发明制备方法制得的聚乙烯醇微球具有良好的成球性，压缩形变性以及适宜的弹性，优良的亲水性和与周围组织良好的生物相容性，制备的聚乙烯醇微球，球体规则，表面光滑无粘连，粒径分散均匀。
(3)在实际介入手术中通过控制聚乙烯醇微球粒度范围可以顺畅通过相匹配的导管，快速到达靶血管，形成稳固栓塞，无需二次手术。
(4)采用叶绿素铜钠盐这种绿色环保、FDA认证的染料对微球进行着色，制得有色微球，有色微球不仅有利于医生手术中对微球的观察操作，达到精准计数。
(5)由于叶绿素铜钠盐本身含有大量的羧基和羟基，进一步提高了聚乙烯醇微球中的阴离子基团的数量；有色微球能够与阿霉素等带正电荷的抗肿瘤药物快速、有效的进行离子交换作用，包封率高达97％。通过介入手段栓塞在患者体内，微球能够有效进行药物缓释，使负载的化疗药物在肿瘤细胞中达到较高的浓度，延长药物与肿瘤细胞的作用时间，促使病灶部位得到彻底的治疗。
附图说明
图1为本发明制备的聚乙烯醇微球在水中时显微镜下镜显图片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
(1)称取粘度为15～25mPa*s的聚乙烯醇10g，加入110g水中，加热至85℃，搅拌2h溶解，冷却后备用；称取丙烯酸钠80g，加入100g水溶解，加入过硫酸钾0.7g，N、N-亚甲基双丙烯酰胺0.5g，搅拌均匀后再加入上述配好的聚乙烯醇溶液，搅拌制成混合液，超声消除溶液气泡；
(2)量取大豆油500g，加入司班80 1g，120r/min搅拌均匀，预热至45℃，保温30分钟，然后加入步骤(1)得到的混合液，100r/min转数下搅拌20分钟，最后再加入催化剂二甲基乙二胺4g，引发高温聚合反应，转数为120r/min，反应4小时，反应结束后用水清洗数次，收集，即得离子交换型聚乙烯醇微球。
离子交换型聚乙烯醇微球，球体规则、表面光滑无粘连，分散均匀，80％的微球粒径大小在70～200微米范围。
通过加速老化试验(65℃，80d)发现，该微球在生理盐水环境中，性能稳定。
质构仪检测结果：聚乙烯醇微球50％形变下30秒钟不破裂。
取制备得到的聚乙烯醇微球500g，用2000ml生理盐水平衡后，过滤，称取100g微球，加入200ml生理盐水，搅拌形成混悬液，再加入叶绿素铜钠盐0.02g，室温搅拌20分钟，再用生理盐水冲洗干净，过滤得到有色微球，将该微球冲洗到烧杯中，加入适量生理盐水，使有色微球浸没到生理盐水中，煮沸15分钟，过滤，得到绿色型聚乙烯醇微球，冷却后再用生理盐水冲洗、保存。
包封率的测定：
称取沥干的着色前与着色后的聚乙烯醇微球分别为1.0g，分别加入到5ml，20mg/ml的阿霉素溶液中；室温下，震荡30min，通过使用紫外分光光度计，检测波长在483nm处阿霉素溶液的浓度。
计算微球的包封率，按照下列公式计算:
包封率(％)＝W1/W2×100％，式中W1为微球中阿霉素的质量，mg；W2为投入的阿霉素的总质量，mg。
通过计算，着色前聚乙烯醇微球包封率为63.2％；着色后聚乙烯醇微球包封率为96.3％。
着色前与着色后聚乙烯醇微球的包封率相比，着色后聚乙烯醇微球的包封率显著提高，载药时间也相应减少。
实施例2
称取粘度为25～35mPa*s的聚乙烯醇10g，加入120g水中，加热至85℃，搅拌2h溶解，冷却后备用。称取丙烯酸70g，加入8mol/L NaOH溶液120ml，加入过硫酸钾0.5g，N、N-亚甲基双丙烯酰胺1g，搅拌均匀后再加入聚乙烯醇溶液，搅拌制成混合液，超声消除溶液气泡；
量取正庚烷500g，加入司班80 1.5g，130r/min搅拌均匀，预热至50℃，保温30分钟，然后加入上述混合液，130r/min转数下搅拌30分钟，最后再加入催化剂二甲基乙二胺5g，引发高温聚合反应，相同转数下反应4小时，反应结束后用水清洗数次，收集后即得离子交换型聚乙烯醇微球。
所得微球呈球形，球体规则、表面光滑无粘连，分散均匀，80％的微球粒径大小在50～200微米范围。
通过加速老化试验(65℃，80d)发现，该微球在生理盐水环境中性能稳定。
质构仪检测微球50％形变下30秒钟不破裂。
取制备得到的聚乙烯醇微球500g，用3000ml生理盐水平衡后，过滤称取100g微球，加入200ml生理盐水，搅拌形成混悬液，再加入叶绿素铜钠盐0.02g，室温搅拌20分钟，再用生理盐水冲洗干净，过滤得到有色微球，将该微球冲洗到烧杯中，加入适量生理盐水，使有色微球浸没到生理盐水中，煮沸15分钟，过滤，得到绿色型聚乙烯醇微球，用生理盐水保存。
包封率的测定：
称取沥干的着色前与着色后的聚乙烯醇微球分别为1.0g，分别加入到5ml，20mg/ml的阿霉素溶液中；室温下，震荡30min，通过使用紫外分光光度计，检测波长在483nm处阿霉素溶液的浓度。
计算微球的包封率，按照下列公式计算:
包封率(％)＝W1/W2×100％，式中W1为微球中阿霉素的质量，mg；W2为投入的阿霉素的总质量，mg。
通过计算，着色前聚乙烯醇微球包封率为55.1％；着色后聚乙烯醇微球包封率为92.6％
着色前与着色后聚乙烯醇微球的包封率相比，着色后聚乙烯醇微球的包封率显著提高，载药时间也相应减少。
实施例3
称取粘度为25～35mPa*s的聚乙烯醇8g，加入100g水中，加热至85℃，搅拌2h溶解，冷却后备用。称取丙烯酸钠80g，加入100g水溶解，加入过硫酸钾1g，N、N-亚甲基双丙烯酰胺2g，搅拌均匀后再加入聚乙烯醇溶液，搅拌制成混合液，超声消除溶液气泡；
量取液体石蜡500g，加入吐温60 1g，150r/min搅拌均匀，预热至60℃，保温30分钟，然后加入上述混合液，150r/min转数下搅拌30分钟，最后再加入催化剂四甲基乙二胺5g，引发高温聚合反应，相同转数下反应5小时，反应结束后用水清洗数次，收集后即得离子交换型聚乙烯醇微球。
所得微球呈球形，球体规则、表面光滑无粘连，分散均匀，80％的微球粒径大小在40～200微米范围。
通过加速老化试验(65℃，80d)发现，该微球在生理盐水环境中性能稳定。
质构仪检测微球50％形变下30秒钟不破裂。
取制备得到的聚乙烯醇微球500g，用3000ml生理盐水平衡后，过滤称取100g微球，加入200ml生理盐水，搅拌形成混悬液，再加入叶绿素铜钠盐0.02g，室温搅拌20分钟，再用生理盐水冲洗干净，过滤得到有色微球，将该微球冲洗到烧杯中，加入适量生理盐水，使有色微球浸没到生理盐水中，煮沸15分钟，过滤，得到绿色型聚乙烯醇微球，用生理盐水保存。
包封率的测定：
称取沥干的着色前与着色后的聚乙烯醇微球分别为1.0g，分别加入到5ml，20mg/ml的阿霉素溶液中；室温下，震荡30min，通过使用紫外分光光度计，检测波长在483nm处阿霉素溶液的浓度。
计算微球的包封率，按照下列公式计算:
包封率(％)＝W1/W2×100％，式中W1为微球中阿霉素的质量，mg；W2为投入的阿霉素的总质量，mg。
通过计算，着色前聚乙烯醇微球包封率为62.1％；着色后聚乙烯醇微球包封率为97.6％
着色前与着色后聚乙烯醇微球的包封率相比，着色后聚乙烯醇微球的包封率显著提高，载药时间也相应降低。
实施例4
称取粘度为25～35mPa*s的聚乙烯醇9g，加入110g水中，加热至85℃，搅拌2h溶解，冷却后备用。称取丙烯酸75g，加入6M NaOH溶液100ml，加入过硫酸钾2g，N、N-亚甲基双丙烯酰胺3g，搅拌均匀后再加入聚乙烯醇溶液，搅拌制成混合液，超声消除溶液气泡；
量取醋酸丁酯500g，加入司班80 1g，吐温60 0.5g，200r/min搅拌均匀，预热至55℃，保温30分钟，然后加入上述混合液，200r/min转数下搅拌40分钟，最后再加入催化剂二甲基乙二胺6g，引发高温聚合反应，相同转数下反应6小时，反应结束后用水清洗数次，收集后即得离子交换型聚乙烯醇微球，
所得微球呈球形，球体规则、表面光滑无粘连，分散均匀，80％的微球粒径大小在60～200微米范围。
通过加速老化试验(65℃，80d)发现，该微球在生理盐水环境中性能稳定。
质构仪检测微球50％形变下30秒钟不破裂。
取制备得到的聚乙烯醇微球500g，用4000ml生理盐水平衡后，过滤称取100g微球，加入200ml生理盐水，搅拌形成混悬液，再加入叶绿素铜钠盐0.02g，室温搅拌20分钟，再用生理盐水冲洗干净，过滤得到有色微球，将该微球冲洗到烧杯中，加入适量生理盐水，使有色微球浸没到生理盐水中，煮沸15分钟，过滤，得到绿色型聚乙烯醇微球，用生理盐水保存。
包封率的测定：
称取沥干的着色前与着色后的聚乙烯醇微球分别为1.0g，分别加入到5ml，20mg/ml的阿霉素溶液中；室温下，震荡30min，通过使用紫外分光光度计，检测波长在483nm处阿霉素溶液的浓度。
计算微球的包封率，按照下列公式计算:
包封率(％)＝W1/W2×100％，式中W1为微球中阿霉素的质量，mg；W2为投入的阿霉素的总质量，mg。
通过计算，着色前聚乙烯醇微球包封率为49.8％；着色后聚乙烯醇微球包封率为89.7％。
着色前与着色后聚乙烯醇微球的包封率相比，着色后聚乙烯醇微球的包封率显著提高，载药时间也相应降低。
实施例5
称取粘度为35～50mPa*s的聚乙烯醇10g，加入120g水中，加热至85℃，搅拌2h溶解，冷却后备用。称取丙烯酸钠60g，加入100g水溶解，加入过硫酸钾1g，N、N-亚甲基双丙烯酰胺2g，搅拌均匀后再加入聚乙烯醇溶液，搅拌制成混合液，超声消除溶液气泡；
量取正辛烷500g，加入司班80 2g，80r/min搅拌均匀，预热至65℃，保温30分钟，然后加入上述混合液，80r/min转数下搅拌40分钟，最后再加入催化剂乙二胺7g，引发高温聚合反应，相同转数下反应6小时，反应结束后用水清洗数次，收集后即得离子交换型聚乙烯醇微球。
所得微球呈球形，球体规则、表面光滑无粘连，分散均匀，80％的微球粒径大小在80～200微米范围。
通过加速老化试验(65℃，80d)发现，该微球在生理盐水环境中性能稳定。
质构仪检测微球50％形变下30秒钟不破裂。
取制备得到的聚乙烯醇微球500g，用4000ml生理盐水平衡后，过滤称取100g微球，加入200ml生理盐水，搅拌形成混悬液，再加入活性蓝0.02g，室温搅拌20分钟，再用生理盐水冲洗干净，过滤得到有色微球，将该微球冲洗到烧杯中，加入适量生理盐水，使有色微球浸没到生理盐水中，煮沸15分钟，过滤，得到蓝色型聚乙烯醇微球，用生理盐水保存。
包封率的测定：
称取沥干的着色前与着色后的聚乙烯醇微球分别为1.0g，分别加入到5ml，20mg/ml的阿霉素溶液中；室温下，震荡30min，通过使用紫外分光光度计，检测波长在483nm处阿霉素溶液的浓度。
计算微球的包封率，按照下列公式计算:
包封率(％)＝W1/W2×100％，式中W1为微球中阿霉素的质量，mg；W2为投入的阿霉素的总质量，mg。
通过计算，着色前聚乙烯醇微球包封率为66.3％；着色后聚乙烯醇微球包封率为91.5％。
着色前与着色后聚乙烯醇微球的包封率相比，着色后聚乙烯醇微球的包封率显著提高，载药时间也相应降低。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种离子交换型聚乙烯醇微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将水溶性功能单体溶于水，加入引发剂、交联剂，搅拌，加入质量分数为5％～15％的聚乙烯醇水溶液，混合得到混合液，并消除气泡；
所述的聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇与水溶性功能单体、水、引发剂、交联剂的质量比分别为1:6～10：0.05～0.15：0.05～0.2：0.05～0.4；
所述的引发剂为过硫酸盐中的一种或任意几种复配的混合物；
所述的交联剂为丙烯酰胺类化合物中的一种；
所述的水溶性功能单体为丙烯酸或丙烯酸盐类中的一种或者任意几种复配的混合物；
(2)配制含乳化剂的油相，搅拌，加热至40～80℃，然后向油相中加入步骤(1)所得混合液，搅拌10～60分钟，加入催化剂，反应3～6小时，反应结束后，用水洗所得产物，收集得到离子交换型聚乙烯醇微球；
所述的油相为大豆油、液体石蜡、正辛烷、正庚烷或醋酸丁酯中的一种；
所述的乳化剂为亲水性表面活性剂中的一种或两种按任意比例复配的混合物；
所述的催化剂为质量百分浓度为20％～100％的乙二胺水溶液、二甲基乙二胺水溶液或者四甲基乙二胺水溶液中的一种；
所述的油相、催化剂与聚乙烯醇的质量比为30～100：0.3～0.7：1。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的聚乙烯醇粘度为15～50mPa*s。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵中的一种或者两种复配的混合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的交联剂为N、N-亚甲基双丙烯酰胺。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的乳化剂为司班80或吐温60中的一种或两种按任意比例复配的混合物。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的乳化剂的加入质量与油相的质量比为0.001～0.006：1。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所得离子交换型聚乙烯醇微球经染色得到着色的离子交换型聚乙烯醇微球，染色方法为：向所得离子交换型聚乙烯醇微球中，加入缓冲液，搅拌，得到0.2g/mL～0.5g/mL的微球混悬液，再加入活性染料进行染色，活性染料的加入质量是离子交换型聚乙烯醇微球质量的0.02％～0.1％，搅拌，过滤，得到有色微球，用缓冲液冲洗，将冲洗后的有色微球浸没到缓冲液中煮沸15min，过滤，得到着色的离子交换型聚乙烯醇微球。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的缓冲液为生理盐水或pH 5～9的磷酸盐缓冲液。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的活性染料为叶绿素铜钠盐或活性蓝。
10.活性染料在离子交换型聚乙烯醇微球的制备中的应用。
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